DE1784047A1 - Grossflaechiges plattenfoermiges Bauelement aus duroplastischen Kunststoffen - Google Patents

Grossflaechiges plattenfoermiges Bauelement aus duroplastischen Kunststoffen

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DE1784047A1
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Graeff roderich W dr-Ing
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Description

KTeue, vollständige, zur Offenlegung bestiramte
Dipl.-Ing. G. Schliebs 61 Darmtfad* Ludwig-Büchner-Straße 14
Patentanwalt Telefon {06151) 62928
Postscheckkontos Frankfurt a.M. 111157 Bankverbindung: Deutsche Bank AG., Darmstadt Telegramme: inventron
An das
Deutsche Patentamt
München 2
Zweibrüekenstr. 12
Ihr Zeichen Ihr Schreiben Mein Zeichen G 029 Tcg 24. 2. 1
Patentanmeldung P 17 840 47.0-25 Anmelder: Dr. Ing. Roderich W. Gräff, Darmstadt-Arheilgen
G ro.S"sf lächige & plattenförmiges Bauelement aus duroplastischen Kunststoffen.
Die Erfindung bezieht sich auf grossflächige plattenförmige Bauelemente aus vorzugsweise faserverstärkten duroplastischen Kunststoffen und spezielle Verfahren zu deren Herstellung.
Faserverstärkte duroplastische Kunststoffe haben, im Vergleich zu Metallen einen niedrigen Elastizitätsmodul. Es ist daher schwierig, aus ihnen dünnwandige und trotzdem ™ steife Bauelemente herzustellen. Um eine hinreichend hohe Steifigkeit zu erreichen, werden diese Platten, wie z.B. glasfaserverstärkte Polyesterplatten, daher häufig in gewellter Form angewendet.
Um ebene grossflächige Bauelemente zu versteifen, ist es auch bekannt, sie in Abständen mit Hohlräumen zu durchziehen und so Verstärkungsprofile auszuformen. Dies ergibt z.B. ein Bauelement, wie ea Pig. 1 zeigtj es ist um die Achse J-I relativ steif und benötigt gegenüber einer Wellplatte gleicher Grosse und gleicher Steifigkeit weniger Material, insbesondere wenn man die Hohlräume
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us Unierl&Qen (Art·7g' Ab3· 2Nr·ι s--tz3«imΑηα·™πβ·β«β.ν.4.9
,Brief vom 24*2.70 Blaff 2 17JVAfIA 7 Dlpl.-Ing. G. Schliefe«
an das Deuts ehe Patentamt, München Patentanwalt
mit eingeschobenen Profilstäben aussteift, wie dies in der französischen Patentschrift 1*129.504 beschrieben ist. Der Nachteil dieser Bauelemente ist Jedoch, dass sie nicht wirtschaftlich und nicht in grossen Längen (in Richtung der Profilerstreckung gemessen) hergestellt werden können.
Die Erfindung schlägt ein grossflächiges plattenförmiges Bauelement aus vorzugsweise faserverstärktem, in Abständen von ausgesteiften Hohlräumen durchzogenem durow plastischen Kunststofflaminat vor, dessen Hohlräume mit Kunststoffschaum oder pumpfähigen oder schüttfähigen Massen wie Beton ausgefüllt sind. Mit dieser Ausbildung ergeben sich besondere Vorteile in Herstellung und Verarbeitung, wie noch gezeigt werden wird.
Ein Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Hohlkörpern aus mit flüssigem Kunstharz getränktem Glasfasergewebe mit eingebetteten Schläuchen, die anschliessend vor dem Aushärten in.einer lorm durch inneren Überdruck aufgeweitet werden, ist z.B. in der deutschen Patentschrift 1 193 666 beschrieben. Soweit dabei der £ Überdruck durch das Gewicht eines eingefüllten fliessfähigen Gutes, z.B. Sand, erzeugt wird, dient dieses nur zum Aufweiten der Hohlräume und nicht zum Aussteifen der Profile.
In der Herstellung des erfindungsgemässen Bauelements werden seine Hohlräume wie bei den bekannten Verfahren in der Weise erzeugt, dass in einem ersten Schritt ein ebener Verbund aus mindestens zwei lagen eines mit Kunstharz getränkten Faserwerkstoffs (Kunstharzlaminat) hergestellt wird, bei dem an den Stellen, die später durch Hohlraumbildung zu Profilen aufgeweitet werden sollen, zwei
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3 ΠΟ / η / ·7 Dlpl.-lng. 6. Schliche
das Deutsche Patentamt» München ' '"HUh/ Potentanwalt
benachbarte Lagen durch eingelegte flache Kunststoffschläuche oder -bänder getrennt gehalten werden. Nachdem das Laminat in Wärme ausgehärtet worden ißt, wird dann erfindungsgemäss in einem weiteren Schritt in die Zwischenräume eine schaumbildende 3?lüssigkeitsmisohung, ein Kunststoffschaum oder eine pump- oder schüttfähige Masse wie Beton ο«dgl. eingeführt, durch die sie zu Profilen aufgeweitet und zugleich dauerhaft ausgesteift werden.
Dies hat den Vorteil, dass die Herstellung der Laminate auf den üblichen, vollkontinuierlich arbeitenden Maschinen erfolgen kann, was die Produktion des Bauelements besonders wirtschaftlich gestaltet. Die Platten können dann an den Verwendungsort gebracht werden, und werden erst dort durch Einführen von Schaum, Ortbeton oder ähnlichen Werkstoffen zu Profilen aufgeweitet. Dies ist auch im ausgehärteten Zustand des Harzes möglich dank des niedrigen Elastizitätsmoduls der infrage kommenden Kunstharze» So lässt sich z.B. ein flachliegender Schlauch von 5 bis 15 cm Breite noch leicht zu einem fast runden Profil aufweiten bei Bundstärken der faserverstärkten Lagen öder Bahnen bis etwa 3 mn.
Geht man von einer flachen Platte mit in der Mittelzone liegenden Einlagen aus, so ist die Querschnitteform Im aufgeblasenen Zustand bedingt durch die Dicke dee faserverstärkten Kunststofflaminate und die speziellen Eigenschaften dee Materials, welches man zum Aufweiten nimmt. Nimmt man «*B# einen Polyurethaneohaum, der innerhalb des flaehliegenden Künstetoffeohlauohes aufschäumt, so ist der entstehende Querschnitt nur von der Art des Schaumes, der eingefüllten Menge und den Schäumbedingungfn abhängig$ Auf dieee Weise eine exakte Quer-Bchnitteform zu erreichen, lot schwierig·
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Erfindungsgemäss werden daher bevorzugt die Platten in einem Zwischenstadium der Herstellung so vorgeformt, dass die Aufweitung nur in einer Richtung stattfinden kann. Zu diesem Zweck werden in die lagen vor dem Aushärten und Aufweiten dort, wo die Einlagen eingelegt sind, und in deren LängserStreckung Hinnen oder Kehlen eingeformt, in deren Bögen also die Einlagen liegen. Beim Aufweiten ändert sich somit nur die gekehlte Oberfläche der Platte, während die andere Oberfläche mit den sich darüber erhebenden Hippen ihre ursprüngliche, exakte Form beibehält. Möchte man besonders exakte Querschnittsformen des sich bildenden Profils erhalten, so führt man den Vorgang in bekannter Weise zwischen Form und Gegenform durch.
Oft ist es erwünscht, dass zum leichteren Einbau der Platten eine ihrer Oberflächen plan und nicht durch überstehende Verstärkungsprofile unterbrochen ist. Dies läset sich gemäss weiterer Erfindung erreichen durch eine solche Wahl der Stärke der in den Rinnen bzw. Kehlen liegenden Deeklage gegenüber der auf der Aussenseite liegenden Decklage und/oder der Breitenerstreckung der Einlagen im Verhältnis zur Bogenlänge der Rinnen bzw. Kehlen, dass sich die innere Lage beim Aufweiten nicht über die plane Oberseite der Platte erhebt. Derartige Elemente lassen sieh besonders günstig auf Balken- oder Winkelkonstruktionen auflegen und befestigen, wie es z.B. bei Abdekkungen von Gewächshausbauten erwünscht ist. Die eigentliche schnee- oder wasserdichte Dachhaut ist mit den tragenden Profilen in einem Bauelement vereinigt. Ein Befestigen der eigentlichen Dachhaut an der tragenden ünterkonstruktion entfällt. Somit ergibt sich eine beö'ondere wirtschaftliche Dachkonstruktion, die darüberhinaus noch.besonders dicht ist, da sie keinerlei Durohbrüche für ihre Befestigung benötigt.
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Durch das Aufweiten zum Profil kann unter Umständen die Gefahr bestehen, dass die verklebten Lagen an den besonders beanspruchten Stellen (A in Fig. 2b) einzureissen drohen. Um dies zu vermeiden, kann man die Einlagen vor dem Imprägnieren in eine Verstärkungsmatte oder ein Verstärkungsgewebe, z.B. Glasfasergewebe, einschlagen und diese Pakte zwischen die Decklagen einbringen.
Eine weitere Erhöhung der Steifigkeit und insbesondere der Zugfestigkeit kann man durch Einlegen von Drähten oder schmalen Bändern aus einem Material mit einem höheren Elastizitätsmodul, z.B. aus Metall, erreichen. Diese Bewehrung wird zwischen Verstärkungsmaterial an den Stellen mit in das Verstärkungspaket eingeführt, an denen sich später das Profil bilden soll.
Die Platten lassen sich besonders wirtschaftlich vollkontinuierlich nach Verfahren herstellen, wie sie z.B. die deutsche Patentschrift 1 111 815 beschreibt, wobei die Imprägnierung des Faserwerkstoffes samt dem innen flachliegenden Kunststoffschlauch in derselben Art durchgeführt werden kann, wie es in der deutschen Patentschrift 1 195 beschrieben ist. Die erfindungsgemässen Bauelemente lassen sich jedoch auch sehr günstig auf sogenannten q[uergewellten Anlagen herstellen.
Für die Bahnen oder Lagen sind Glasfasern in Form, von Matten oder Geweben besonders geeignet« Als Kunstharze sind Polyesterharze und Epoxydharze besonders wirtschaftlich.
Als Einlage eignen sich alle Materialien wie Zellglas, Polyvinylalkohol, Polypropylen,Polyamid und Polyester, die beständig gegen das verwendete Kunstharz sind* Die
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Einlagen können vor dem Aufweiten zum Profil herausgenommen, werden oder auch drinbleiben. Im ersteren Falle genügt als Einlage eine Kunststoffolie in Bandform, die mit der Kunstharztränkung der Decklagen keine Verbindung eingeht. Im letzteren Falle sind besonders günstig Schläuche oder Folien, die mit dem verwendeten Kunstharz eine feste Verbindung eingehen, wie z.B. Polyvinylidenfluorid, Acetobutyrat u.a., die mit vielen Polyesterharzen eine feste Verbindung eingehen.
Als Füllmaterial, das die Zwischenräume zwischen den Einlagen zum Profil aufweitet, eignen sich z.B. die bekannten KunstStoffschäume wie Polyurethanschaum, Phenolschaum, ungefüllt oder gefüllt mit Blähton, Glasschaum und ähnlichen Materialien, oder Beton, bewehrt oder unbewehrt.
Der Füllvorgang selbst richtet sich nach dem verwendeten Füllmaterial. Bei Kunststoffschäumen, wie z.B. bei Polyurethanschaum, wird man ein Ende des zu bildenden Profils verschliessen und in das andere Ende die Schäumflüssigkeit in den etwas aufgeweiteten flachliegenden Kunststoff schlauch oder Spalt zwischen zwei Kunststoffolien in der vorher bestimmten Menge eingiessen. Mun verschliesst man auch dieses Ende des Profils, und der Schäumvorgang, läuft unter Bildung des Profils ab. Der Schaum härtet innerhalb der Einlage aus und bildet mit dieser und aen aufgeweiteten Zonen des Kunstharzlaminats ein Vollprofil.
Füllmaterialien wie Beton müssen mit Pumpen in die flachliegenden Kunststoffschläuche eingedrückt werden. Man kannjedooh auch Profile aus Holz oder Stahl, massiv oder hohl zum Aufwelten anwenden.
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Einzelheiten der Erfindung und ihre Anwendungsmöglichkeiten werden im folgenden anhand einer Zeichnung ausführlich erläutert} in dieser zeigen:
Fig. 1 eine im wesentlichen plane Platte aus faserverstärktem duroplastischen Kunstharzlaminat mit zwei integralen Verstärkungsprofilenj
Fig. 2 eine Platte gemäss Pig, 1 in vergrösserter Darstellung im Querschnitt mit eingebetteten, ^ zunächst flachen Kunststoffschläuchen (Fig.2a) und mit aufgeweiteten, gefüllten Schläuchen (Fig. 2b);
Fig. 3 je eine Platte gemäss Fig. 1 in der Darstellung der Fig# 2» 3edoon mit vorgeformten Profilen und einseitiger Aufweitung;
Fig. 6 eine Platte ähnlich Fig. 5 mit einseitig liegenden^ von einem Verstärkungsgewebe umgebenen Kunststoffschlauch vor (Fig. 6a) und nach der Aufweitung (Fig. 6b){
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung au Fig. 3-5;
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine Platte entsprechend Fig. 1 mit durch eingeführte Verdrängungskörper aufgeweiteten Hohlräumen und
Fig* 9 die perspektivische Darstellung einee perforierten rohrförmigen Verdrängungekörpers.
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In Fig. 1 ist das Fertigerzeugnis in perspektivischer Ansicht dargestellt» nämlich eine im wesentlichen plane Platte a aus faserverstärktem duroplastischen Werkstoff mit zwei integralen rohrförmigen Verstärkungsprofilen b (deren Füllung nicht dargestellt ist), die •folgenden Figuren zeigen in Querschnitten Zwischen- und Endstadien verschiedener Formen vor bzw. nach dem Ausbilden der Profile,
Fig. 2a zeigt die einfachste Form des Zwischenproduktes, nämlich zwei flachliegende Kunststoffschläuche 1, die beiderseitig abgedeckt sind durch je eine Lage Kunstharzlaminat 2,2' mit aussenliegenden Trennfolien 3,3'. Beiderseits des rechten Schlauche sind flache Metallbänder 5 in der Mitte der Decklagen 2,2' angeordnet. Fig. 2b zeigt dieselbe Platte, nachdem die flachliegenden Kunststoffschläuche 2 durch einen Schaumstoff 4 zum Profil aufgeweitet wurden»
Fig. 3 zeigt links eine Platte mit einer vorgeformten Rinne oder Kehle 6, wodurch sich der innenliegende Kunststoffschlauch 1 nur noch in einer Richtung zum Profil aufweiten kann, und rechts nach dem Aufschäumen zum Profilj die obere Decklage 2 ist hochgewölbt worden, die untere Decklage 21 ist stehen geblieben.
Fig. 4 zeigt in gleicher, die Zustände vor und nach dem Aufweiten zusammenfassender Darstellung links die Anordnung eines flachliegenden Kunststoffschlauches 1 in einer Kehle, der schmaler ist als deren Bogen, so dass sich beim Aufweiten (rechts) die innere Lage 2 nicht über die plane Oberseite des plattenförmigen Elementes erhebt und diese für eine bessere Montage erhalten bleibt.
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Fm besonders hohe Steifigkeit zu erreichen, kann man die eigentliche Platte und den Teil des Profils, der sich nicht ausbeulen muss, beliebig dick wählen, macht aber andererseits den Teil der Platte, der sich zum Profil ausbeulen muss, nur so dick, dass er sioh gerade noch zum gewünschten Profil ausbeulen kann. Fig. 5 zeigt eine relativ dicke, vorgekehlte Platte, bei der die innere Lage 2 der Kehle, die sich zum Profil aufweiten muss, wesentlich dünner gehalten wurde. Sie ist zum Schutz gegen Einreissen durch eingelegte Metalldrähte 7 bewehrt, und zwar auf der Seite des Profils, W die später im wesentlichen Zugkräfte aufzunehmen hat.
Fig. 6a zeigt ein flachliegendes Verstärkungspaket, bei dem der flachliegende Kunststoffschlauch 1 von einer besonderen Verstärkungsmatte oder einem Verstärkungsgewebe 8, z.B. Glasfasergewebe, umgeben ist; Fig. 6b zeigt dasselbe Element nach der Aufwertung zum Verstärkungsprofil,
Fig. 7 zeigt ein auf einer quergewellten Maschine hergestelltes Plattenelement mit in Hinnen bzw. Kehlen 6 flachliegenden Kunststoffschläuehen 1 vor deren Aufweitung zum Profil. Diese kontinuierlich arbeitenden M Maschinen liefern das ausgehärtete Ausgangsmaterial in Abmessungen wie z.B. in einer Breite von 3 bis 6 m und Längen von 30 bis 60 m. Derartige Bahnen lassen sich noch rollen. An der Montagestelle aufgerollt, werden die innenrliegenden flachen Kunststoffschläuche dann z.B. mit Kunststoff schaum aufgeweitet. Man hat jetzt eine selbsttragende Dachplatte ohne jegliche Fugen in einer Grosse von z.B. 6 χ 30 m, die sich vorzüglich zum Abdecken von Gewächshäusern, Lagerhallen, Schwimmhallen u. dgl. eignet.
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Fig. 8 zeigt an zwei Beispielen, wie die flachliegenden Kunststoffschläuche durch ein Stahlrohr 9 bzw. ein Hölzprofil 10 aufgeweitet werden können. Fig. 9 zeigt ein am Umfang mit Bohrungen 11 versehenes Bohr 9, z.B. aus Metall, vor dem Einführen in einen flachliegenden Kunststoffschlauch. Nachdem durch das Einführen dieses Rohres der flachliegende Kunststoffschlauch annähernd zum Hohlprofil aufgeweitet wurde, kann man nunmehr sehr einfach in das Innere des Eohres Schäumflüssigkeit, z.B. Polyurethanschaum, eingiessen. Der Polyurethanschaum schäumt dann auf, füllt also erst das Innere des Rohres und dringt dann durch die Bohrungen des Metallrohres hindurch in den Zwischenraum zwischen Metallrohr und faserverstärktes Kunatharzlaminat. Hierdurch wird ein inniger Verbund zwischen dem Kunstharz und dem Metallrohr hergestellt, und das Metallrohr wird allseitig durch den Kunststoffschaum geschützt.
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Claims (7)

Blatt 11 ir7Q/n/r7 Dlp^-Ing. 6. Schliefet das Deutsche Patentamt, München I /oALM / Patentanwalt Patentansprüche
1.) Grossfläehiges plattenförmiges Bauelement aus vorzugsweise faserverstärktem duroplastischen Kunstharzlaminat, das in Abständen von ausgesteiften, Profile bildenden Hohlräumen durchzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume mit Kunststoffschaum oder pump- oder schüttfähigen Massen (4)-ausgefüllt sind,
2» Bauelement nach Anspruch 1, aus wenigstens zwei Lagen
aus faserverstärktem Kunstharzlaminat, dadurch gekenn- β zeichnet, dass in die über den Hohlräumen gebreiteten Zonen der Lagen (2,2') Bänder (5) oder Drähte (7) aus einem Material mit hoher Zugfestigkeit und hohem Elastizitätsmodul, wie z.B. Bisen, eingelegt sind (Fig.
2, 5).
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume durch allseitig mit einer Fasermatte oder einem Gewebe (8) umwickelte Kunststoffschläuche (1) gebildet sind (Fig. 6).
4. Verfahren zur Herstellung grossflächiger plattenförmiger Bauelemente nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei dem zu- ^ nächst zwei benachbarte Lagen aus faserverstärktem Kunstharzlaminat in Abständen durch eingelegte Kunststoffschläuche oder -bänder getrennt gehalten und dann die so gebildeten Zwischenräume nach der Wärmebehandlung zu Profilen aufgeweitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass· in die Zwischenräume eine sohaumbildende Fltiseigkeitsmisehung, ein Kunststoffschaum oder eine pump- oder schüttfähige Masse eingeführt wird, durch die sie zu Profilen aufgeweitet und zugleich dauerhaft ausgesteift werden*
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Blatt 12 1 7 R Λ Π Λ 7 DIP'--|n9·-G· Sehliebs
das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass in das Kunstharzlaminat (2,2') vor dem Aufweiten der Zwischenräume in längserstreckung der Einlagen (1) Rinnen oder Kehlen (6) eingeformt werden (Fig. 3,4,7).
6. Verfahren nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der in den Rinnen "bzw. Kehlen (6) liegenden Decklage (2) gegenüber der Stärke der auf der Aussenseite liegenden Decklage (21) und/oder die Breitenerstreckung der Einlagen (1) im Verhältnis zur Bogenlänge der Rinnen bzw. Kehlen so gewählt wird, dass sich die innere Decklage (2) beim Aufweiten nicht über die plane Oberseite des plattenförmigen Bauelements erhebt (Pig. 4, 5).
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zwischenräume perforierte Rohre (9) eingeführt und in diese Kunststoffschäume oder pumpfähige oder schüttfähige Massen eingefüllt werden.
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